Выживаемость видов оказалась выше ожидаемой

Исследования ели обыкновенной показывают, что растения и животные могут адаптироваться к изменению климата лучше, чем предполагалось ранее.

Ель «помнит» температурные условия, в которых находилось её семя. Эта память помогает ей адаптироваться к изменению климата.

«Существует определённая гибкость генетического материала. Условия окружающей среды во время развития семени создают память об этих температурных условиях. Что-то вроде "молекулярного термостата", который может сдвигать цикл роста растения», — объясняет Карл Гуннар Фоссдаль, старший научный сотрудник Норвежского института биоэкономических исследований (NIBIO).

Это удивительное явление вызвано эпигенетикой — областью генетики, изучающей, как окружающая среда и другие внешние факторы влияют на гены и их поведение.

Внутренний термостат

Зимой ель обыкновенная настолько закалена, что выживет даже при погружении в жидкий азот (около –200 °C).

Однако весной, когда набухают почки и начинается рост, у дерева вообще нет устойчивости к заморозкам. Если почки распустятся, а затем ударят поздние весенние заморозки, весь новый прирост, скорее всего, погибнет, и дерево проиграет в конкуренции за пространство и ресурсы.

Внутренний термостат ели обыкновенной устанавливается, когда дерево ещё является семенем, в развивающемся зародыше.

«Наши исследования показывают, что этот термостат устанавливается эпигенетическими механизмами, и эффект сохраняется на протяжении всей жизни», — говорит Фоссдаль.

Дольше одной жизни

Эффект потенциально может длиться дольше жизни самого дерева и передаваться потомству. Учёные пока не уверены в этом наверняка.

Фоссдаль и его коллеги из NIBIO и Норвежского университета естественных наук (NMBU) наблюдали за клонированными деревьями пока только восемь лет. Им нужно подождать как минимум ещё семь лет, прежде чем деревья будут готовы к размножению.

Работа началась более 30 лет назад. Большую часть пионерских исследований провели норвежские учёные Эйстейн Йонсен и Торе Скрёппа. Теперь учёные понимают, что происходит, но точные детали этих механизмов всё ещё остаются загадкой.

«У нас, конечно, есть чёткое представление, но тонкие детали ещё не доказаны. Над этим мы и работаем», — отмечает Карл Гуннар Фоссдаль.

Изменение наследственного материала

Полученные на данный момент данные подтверждают гипотезу Фоссдаля и его коллег: эпигенетика изменяет наследственный материал. Гены, кодирующие эпигенетический аппарат, подвержены влиянию условий во время эмбриогенеза. У ели обыкновенной больше генов, вовлечённых в эпигенетический аппарат, чем у лиственных деревьев и трав.

Эпигенетические метки наносятся на ДНК в ответ на условия окружающей среды во время эпигенеза — развития зародыша в семени ели. Деревья демонстрируют разные ритмы роста в зависимости от среды, в которой развивались семена.

Адаптация растений к изменению климата

«Это явление имеет большое значение для дискуссии об изменении климата. Оно показывает, что механизм памяти, по крайней мере у этих растений, а возможно, и у всех, адаптируется к изменениям в окружающей среде», — отмечает Фоссдаль.

Эпигенетические изменения происходят и у других видов. Исследования на млекопитающих показывают, что если мать испытывает стресс во время беременности, её потомство с большей вероятностью будет демонстрировать нервное поведение. Это касается даже людей. Голландские дети, рождённые в период голода во время Второй мировой войны, когда их матери получали слишком мало пищи, не только страдали от различных болезней, но и передали это своим детям.

Выживание вида

По мнению Карла Гуннара Фоссдаля и его коллег, открытия, сделанные на ели обыкновенной, важны для выживания вида. Эти деревья более адаптируемы к изменению климата, чем ожидалось. Хотя лишь до определённого предела, поскольку в конечном итоге самым важным фактором остаётся наличие определённых генов, но их адаптивность гораздо выше, чем считалось ранее.

Видам нужно не просто выживать в условиях изменения климата — им также необходимо конкурировать с другими видами, которые процветают при более высоких температурах.

«Тем не менее, интродуцированные ели обыкновенные растут даже на Мауи, Гавайи, и широко выращиваются в садах на юго-востоке США, чувствуя себя на удивление хорошо», — говорит Фоссдаль.